Кошелев И.Н. Магнитная разведка археологических памятников

Подождите немного. Документ загружается.

- 260 -

аномалии вертикального градиента магнитной индукции достигает 100 нТ/м,

т.е. в 5 раз и более превышает амплитуду аномалий от других объектов типа

жилище на данной площади исследований. Аномалия, судя по форме в плане

и на графиках, связана не с очаговым локальным источником повышенной

намагниченности, а с магнитоактивным слоем, распространенным по всей

площади жилища.

И, действительно, в процессе раскопа объекта № 9 и прилагающей к

нему территории обнаружены признаки, подтверждающие предположение о

его отношении к производственному комплексу. Жилище 9 представляет

собой полуземлянку размером 3.4

×3.2 м

, углубленную в грунт на 1.05–1.15 м

и ориентированную углами по сторонам света. В юго-западном углу жилища 9

на уровне лессового пола встречен завал камней – развал печи-каменки,

обломки шлака. Внутри жилища выделяется темное углистое пятно –

хозяйственная яма. На ее дне обнаружена масса железных шлаков. По

мнению археологов, масса шлаков отвечает, очевидно,

не горну, а месту

выброса отходов в яму от близлежащего производственного комплекса.

Такое предположение подтверждается бессистемным расположением

отдельных кусков шлаков, разбросанностью шлаков мелкими кусочками по

всему раскопу, отсутствием среди шлаков кусков обожженной глины, которая

применяется при построении горна, и, наконец, находками среди шлаков

необожженных костей и фрагментов керамики.

Куски железных шлаков

найдены также в непосредственной близости от

объекта 9. К юго-западу от жилища, начиная с глубины 0.5 м, прослежены 4

хозяйственные ямы, в заполнении которых отмечены обломки керамики,

кости, зола, уголь и обожженная глина. В частности, в яме 2 по периметру

обнаружены куски обожженной глины. Яма заполнена кусками шлака и

фрагментами керамики. По мнению

археологов, конструкция представляет

собой кузнечный горн.

Хозяйственные ямы установлены в результате раскопок практически на

всей площади городища. Некоторые из них располагаются внутри жилищ. В

этом случае они могут влиять на форму и положение эпицентра связанной с

остатками жилища магнитной аномалии, как это мы наблюдаем на участке

рассмотренного выше жилища 16 (рис. 4.9).

По таким признакам прогнози-

ровать яму до начала раскопок весьма затруднительно, хотя в некоторых

случаях, как, например, на участке жилищ 12 и 6 (рис. 4.10) вполне возможно.

Отдельно расположенные хозяйственные ямы магнитной съемкой при

сети наблюдений 2

×1 м

фиксируются крайне редко, учитывая их размеры

(диаметр от 0.5 до 2 м, в среднем – около 1 м) и сравнительно невысокую

намагниченность заполняющего материала. Однако группы из 2–3 и более

близко расположенных ям обычно отмечаются заметными локальными

магнитными аномалиями, тяготеющими к их общему геометрическому центру.

Имеется множество примеров таких случаев. Типичная ситуация имеет место

западу от жилища 10 (рис. 4.13) и к юго-западу от жилища 9 (рис. 4.12).

Существенно отметить, что локальные магнитные аномалии от группы ям, как

правило, заметно отличаются от аномалий, связанных с жилищами, что позво-

ляет обоснованно предположить их природу еще до начала раскопок, т.е. про-

гнозировать участки возможного скопления ям.

10 12 14

-1.3

-1.8

-1.2

-0.9

Ж.16

Жилище 16

Карта локальных магнитных аномалий (а)

и результаты раскопок: разрез (б) и план (в)

Условные обозначения:

-1.2

1 - почва; 2 - коренные породы (лесс); 3 - куль-

турный слой; 4 - камни; 5 - остатки печи-камянки;

6 - обгоревшее дерево (уголь); 7 - печь-камянка;

8 - ямы хозяйственные; 9 - высотные отметки ;

10 - контур раскопа.

Ж. 16

Ж.16

B a, нТ

Рис. 4.9. Сопоставление магнитометрических данных с результатами археологических раскопок жилища 16.

10 12 14 16 18 20

B z, нТ/м

Яма

-1.1

-0.9

Жилища 12, 6

Карта аномалий вертикального градиента

магнитного поля (а) и результаты раскопок:

план (б) и разрез (в)

Условные обозначения:

-1.2

1 - почва; 2 - коренные породы (лесс); 3 - куль-

турный слой; 4 - камни; 5 - глинобитная печь;

6 - обгоревшее дерево (уголь); 7 - печь-камянка;

8 - ямы хозяйственные; 9 - высотные отметки;

10 - контур раскопа.

Ж. 12

Ж. 6

-1,5

-1.0

-1.35

-1.2

Ж.12

Ж.6

Ж.12

Ж.6

-2

10 15

Рис. 4.10. Сопоставление магнитометрических данных с результатами археологических раскопок жилищ 6 и 12.

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

Ж. 11

Ж. 5

Ж. 8

Жилища 11, 5, 8

Карта аномалий вертикального градиента

магнитного поля (а) и результаты раскопок:

разрез (б) и планы (в,г)

Условные обозначения:

-1.2

1 - почва; 2 - коренные породы (лесс); 3 - куль-

турный слой; 4 - камни; 5 - глинобитная печь;

6 - обгоревшее дерево (уголь); 7 - печь-камянка;

8 - ямы хозяйственные; 9 - высотные отметки;

10 - контур раскопа.

-1.4

-1.6

-2

-0.6

-0.5

-1.1

-0.8

Ж. 8

-1.2

-0.9

-1.1

-0.8

-1.1

-1.15

Ж. 11

Ж. 5

B z, нТ/м

Ж.11,5

Рис. 4.11. Сопоставление магнитометрических данных с результатами археологических раскопок жилищ 5, 8 и 11.

-1.2

16 18 20 22 24

-1.6

-2.0

-0.7

-1.3

Ж.9

№1

№2

№4

№3

-1

Жилище 9

Карта локальных магнитных аномалий (а)

и результаты раскопок: разрез (б) и план (в)

Ж.9

21 22

100

B z, нТ/м

Ж.9

Условные обозначения:

-1.2

1 - почва; 2 - коренные породы (лесс); 3 - куль-

турный слой; 4 - камни; 5 - глинобитная печь;

6 - обгоревшее дерево (уголь); 7 - печь-камянка;

8 - ямы хозяйственные; 9 - высотные отметки;

10 - контур раскопа.

Рис. 4.12. Сопоставление магнитометрических данных с результатами археологических раскопок жилища 9.

024681012

Ж. 10

-0.75

-1.3

-0.7

-1.35

-0.8

-0.7

-1

-0.7

Ж.10

-0.8

-1.18

Жилище 10

Карта аномалий вертикального градиента

магнитного поля (а) и результаты раскопок:

план (б) и разрез (в)

№21

№18

№36

№27

№19

№28

№20

№22

B z, нТ/м

№20

№21

Условные обозначения:

-1.2

1 - почва; 2 - коренные породы (лесс); 3 - куль-

турный слой; 4 - камни; 5 - глинобитная печь;

6 - обгоревшее дерево (уголь); 7 - печь-камянка;

8 - ямы хозяйственные; 9 - высотные отметки;

10 - контур раскопа.

Рис 4.13. Сопоставление магнитометрических данных с результатами археологических раскопок жилища 10.

- 266 -

Морфология аномалий, в пределах которых найдены древние погре-

бения, существенно отличается от аномалий, связанных с жилищами или

хозяйственными ямами.

Узкими линейными магнитными аномалиями сравнительно большой

протяженности отмечаются обычно древние рвы. Двух примеров для стати-

стики, может быть, и недостаточно, но вызывает интерес тот факт, что оба

изученных погребения приурочены именно

к таким аномалиям. Как видно на

рис. 4.14, а, погребение 1 расположено в северной части подобной линейной

магнитной аномалии. Она начинается на планшете 6 и продолжается (с

изгибом) в пределах планшета 1.

8 9 10 11 1

13 14 1

П. 1

13 14 1

16 1

18 19 20

П. 2

Рис. 4.14. Выделение древних погребений по аномалиям

вертикального градиента магнитной индукции.

Учитывая особенности магнитной аномалии и положение погребения

относительно нее, можно предположить, что к югу от погребения 1, может

быть еще одно или несколько погребений. Подобная ситуация наблюдается и

в районе погребения 2 (рис. 4.14, б) на планшете 17. Однако к западу от него

на подобной, но еще более узкой локальной аномалии экспериментальным

раскопом обнаружена

лишь группа из трех хозяйственных ям.

Рассмотренный пример магнитометрических исследований ранне-

славянского городища Монастырек еще раз убедительно свидетельствуют о

высокой эффективности магнитной разведки археологических памятников.

Такой вывод, оказывается, справедлив не только относительно трипольских

поселений, где остатки жилищ отличаются высокой намагниченностью слага-

ющего их материала (скоплений обожженных глин), но и при

исследованиях

археологических памятников других культур в условиях сравнительно низких

характеристик намагниченности искомых объектов.

- 267 -

Проведенная на городище Монастырек прецизионная двухгоризонтная

магнитная съемка при всех ее достоинствах имеет свои недостатки. Для ее

выполнения требуется специальная дорогостоящая аппаратура – дифферен-

циальный магнитометр, опробованный В.П. Дудкиным

еще в 1970 г.,

магнитометр-градиентометр или, по меньшей мере, модернизация серийных

магнитометров и оснащение их необходимыми приспособлениями. Кроме

того, несколько усложняется технология полевых работ, что также сопряжено

с дополнительными расходами. В связи с этим возникает вопрос об

альтернативе: нельзя ли, не проводя полевых градиентометрических наблю-

дений, получить распределение вертикального градиента магнитной

индукции

по результатам обычной магнитной съемки?

Для решения этого вопроса на заключительном этапе обработки магни-

тометрических данных по площади городища Монастырек были исследованы

возможности вычисления вертикального градиента магнитной индукции по

результатам измерений на одном уровне наблюдений (в данном случае на

высоте 20 см от земной поверхности). Успешно применяемые в геологораз-

ведке

вычислительные схемы непосредственного расчета вертикальных

градиентов магнитного поля в наших условиях оказались практически непри-

менимы по целому ряду причин:

– магнитные аномалии археологической природы отличаются сильной

изрезанностью в связи с естественной магнитной неоднородностью культур-

ного слоя;

– «полезные» аномалии от археологических объектов фиксируются

небольшим количеством точек (2–3, редко – 5-ю или более), что значительно

меньше ширины необходимого расчетного интервала;

– наблюденное магнитное поле осложнено аномалиями-помехами,

которые при трансформации магнитной индукции в значения вертикального

градиента усиливаются и затрудняют выделение полезных сигналов.

Все эти препятствия можно было бы преодолеть, имея результаты

магнитной съемки, проведенной с меньшим шагом наблюдений по профилю –

через 0.5 м и менее. Это могло

бы обеспечить достаточное число точек в

расчетном интервале, а также возможность сглаживания наблюденного поля и

фильтрации короткопериодических аномалий-помех частотными методами.

Однако исследования с шагом 0.5 м или меньше вряд ли обойдутся дешевле,

чем двухгоризонтная съемка.

Был опробован и другой путь вычисления вертикального градиента

магнитной индукции, основанный на использовании аналитического продол-

жения магнитных аномалий в верхнее полупространство, на некоторую высоту

H выше уровня наблюдений. По этим данным значения вертикального

градиента магнитной индукции могут быть вычислены по формуле:

B i Bi BiH H

(, ) [ (, ) (, )]/00

−

, (4.1)

где

),(),0,( HiBiB

– значения магнитной индукции соответственно на нижнем

(«нулевом») и верхнем уровне над поверхностью земли.

Пересчет наблюденного магнитного поля в верхнее полупространство

можно выполнить, например, по формуле А.К. Маловичко, рассмотренной в

главе 3:

- 268 -

BiH K Bi j

(, ) ( , )=⋅+

=−

∑

, (4.2)

где

(,)+ 0 – значения наблюденного поля на «нулевом» уровне в точках

расчетного интервала j =

±4; K

– коэффициенты расчетной формулы.

Экспериментальные

расчеты проведены по 1-му

планшету магнитной съемки

городища Монастырек. Маг-

нитное поле, измеренное в

процессе двухгоризонтной

съемки на нижнем уровне

(0.2 м), было пересчитано по

формуле (4.2) в верхнее

полупространство на высоту

1.2 м. Используя полученные

данные, по формуле (4.1)

вычислены «теоретические»

значения вертикального гра-

диента магнитной индукции.

Сопоставление этих

теоретически рассчитанных

значений вертикального гра-

диента поля со значениями,

полученными экспериментально по данным наблюдений на двух уровнях,

показывает, что результаты расчетов хорошо согласуются с данными непо-

средственных измерений.

На рис. 4.15 результаты аналитического продолжения аномалий в верх-

нее полупространство – В(+1), в сравнении со значениями магнитной индук-

ции на нижнем уровне

наблюдений – В(0), приведены по профилю 14 через

эпицентр аномалии над описанным выше жилищем 16 (см. рис. 4.9). На этом

же рисунке приведены графики теоретически рассчитанных и эксперимен-

тально полученных значений вертикального градиента – B

z набл

и B

z теор

Расхождение этих значений иллюстрируются графиком dB

= B

z набл

– B

z теор

Средняя величина расхождения экспериментальных и теоретических данных

составляет около 1.5 нТ при практически нулевом среднем (< 0.5 нТ), что

фактически на уровне погрешностей наблюдений.

Таким образом, можно считать доказанным на экспериментальной

основе возможность использования магнитной съемки на одном уровне при

археологических исследованиях археологических памятников зарубинецкой

культуры, раннеславянских и древнерусского времени, при условии, что

шаг

наблюдений по профилю не более 1 м.

На основании анализа результатов магнитометрических исследований

городища Монастырек можно сделать следующие выводы.

1. Магнитометрические исследования отличаются общей высокой

эффективностью даже в случае поисков слабомагнитных археологических

объектов.

2. Высокоточная (прецизионная) двухгоризонтная магнитная съемка

имеет существенные преимущества перед обычной магнитной съемкой. Она

-10

B, нТ

20 м

B(0)

B(+1)

z набл

z теор

B , нТ/м

Рис. 4.15. Сопоставление значений

вертикального градиента по результатам

трансформаций – B

z теор

, с данными

непосредственных измерений – B

z набл

- 269 -

не только обеспечивает достижение более высокой точности магни-

тометрических исследований, но и предоставляет возможность непосред-

ственно по результатам измерений определять две характеристики поля –

значения магнитной индукции и ее вертикального градиента. В целом это

создает благоприятные условия для реализации высоких разрешающих

способностей магнитной разведки при исследованиях археологических

памятников в условия сравнительно

низкой намагниченности археологических

остатков.

3. Сеть магнитометрических наблюдений 2

×1 м вполне достаточна для

проведения неразрушающих поисков и исследований археологических памят-

ников типа городища Монастырек. При этом, хотя контуры жилищ определя-

ются и приближенно, но их наличие и местоположение устанавливаются

практически однозначно. Другие, более мелкие объекты (типа хозяйственных

ям) можно прогнозировать по магнитометрическим данным только в случае их

группирования на

небольшом расстоянии один от другого или на основе

детализационных работ по более густой сети наблюдений.

4. Вместо двухгоризонтной магнитной съемки можно ограничиться

проведением высокоточных магнитометрических исследований по той же сети

наблюдений (с шагом не более 1 м) при выполнении измерений на одной

постоянной высоте (0.1–0.2 м) над земной поверхностью. Значения верти-

кального градиента

магнитной индукции рекомендуется рассчитывать на

основе аналитического продолжения магнитных аномалий в верхнее полу-

пространство на небольшую высоту (не выше глубины залегания маг-

нитоактивных археологических остатков).